Biologia 2

1. Biologia 2

2. Mitocôndria • Bolsa limitada por duas membranas semelhantes à membrana plasmática. • A interna forma uma série de dobras ou septos, as cristas mitocondriais, entre as quais há uma solução gelatinosa, a matriz mitocondrial. • Na matriz e na membrana interna, existem várias enzimas responsáveis pelas reações químicas da respiração celular.

3. Mitocôndria

4. Mitocôndria • Teriam surgido de bactérias que, há cerca de 2,5 bilhões de anos, foram fagocitadas por células procarióticas maiores e passaram a viver dentro delas. Esta é a teoria endossimbiótica das mitocôndrias.

5. Aspectos gerais da respiração aeróbica • É aquela que ocorre com consumo de oxigênio. • Na combustão, as ligações químicas são rompidas com a reação com moléculas de oxigênio, sendo formados gás carbônico e água, no final do processo. • Na respiração, ocorre o mesmo, mas de maneira gradativa, com energia liberada em pequenas parcelas. • A principal molécula utilizada pelas células como fonte de energia é a glicose.

6. Equação da respiração celular • C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + energia • Glicose + Oxigênio  Gás carbônico + água + energia

7. ATP: pequenos “pacotes” de energia • A energia obtida na respiração celular não é usada de imediato. Cada parcela é utilizada na síntese de adenosina-trifosfato(ATP). • O processo se dá através da fosforilação de uma adenosina-difosfato(ADP). • O ATP fica no citoplasma e quando a célula necessitar de energia, a ligação entre o ADP e o fosfato é quebrada, liberando energia e o fosfato.

9. Oxidação por retirada de hidrogênios • A energia armazenada nas ligações químicas da glicose é liberada por meio de oxidações sucessivas. Uma substância se oxida quando perde elétrons. • No caso da glicose, isso ocorre por meio de desidrogenações catalisadas pelas enzimas desidrogenases, que possuem como coenzima o grupamento nicotinamida-adenina-nucleotídeo (NAD). Ele vem na forma oxidada: NAD+. O FAD é outra substância que tem a mesma função.

10. Oxidação por retirada de hidrogênios • O NAD+ é capaz de se combinar com os átomos de hidrogênio retirados da molécula quando ela está sendo oxidada. E um dos hidrogênios fica livre, na forma iônica, como próton. • NAD+ + 2H  NADH + H+ • Do NAD, os hidrogênios são transportados até o oxigênio absorvido do ambiente, formando água. • Além de perder oxigênio, a glicose é quebrada aos poucos pela retirada de carbono, a descarboxilação, feita pelas enzimas descarboxilases.

11. Oxidação da glicose

12. Etapas da Respiração Aeróbica • Glicólise • Ciclo de Krebs • Cadeia Respiratória

13. Glicólise • Ocorre no hialoplasma e consiste na quebra parcial da glicose em duas moléculas de ácido pirúvico. • Durante esta quebra, uma parte da energia da glicose é liberada em quatro parcelas, permitindo a produção de quatro moléculas de ATP. • Como duas moléculas foram gastas para ativar a glicose, o saldo é de 2ATP nesta etapa. Ocorre também desidrogenação, com formação de NADH + H+

14. Glicólise

15. Ciclo de Krebs • Esta fase ocorre na matriz das mitocôndrias. • Antes de o ciclo se iniciar, há uma etapa preparatória, no qual o ácido pirúvico é desidrogenado e descarboxilado, resultando em uma molécula de NADH + H+ e uma de CO2. Assim, forma-se a acetila. • A acetila liga-se à coenzima A e passa a ser chamada de Acetil-Coenzima-A, ou Acetil-CoA.

16. Ciclo de Krebs • A Acetil-CoA se liga ao ácido oxalacético, existente na matriz, e a CoA é retirada do ciclo. • Forma-se o ácido cítrico. • Após uma série de reações em que vários compostos intermediários são formados, o ácido oxalacético é regenerado e devolvido à matriz para um novo ciclo. • Durante estas transformações, são produzidas três moléculas de NADH + H+, uma molécula de FAD.2H, duas moléculas de CO2 e uma molécula de Guanosina-trifosfato (GTP), que logo cederá a energia ao ATP.

17. Ciclo de Krebs • Como na etapa preparatória, foram produzidas uma molécula de NADH + H+ e uma de CO2, a produção total para cada molécula de ácido pirúvico é 4NADH + 4H+, um FAD.H2, 3CO2 e um ATP. • Como na glicólise são produzidas duas moléculas de ácido pirúvico, para cada molécula de glicose, temos: • 8NADH + 8H+, 2FAD.H2, 6CO2 e 2ATP

18. Ciclo de Krebs

19. Cadeia Respiratória • Ocorre na membrana interna da mitocôndria. • Aqui, os átomos de hidrogênio retirados pelo NAD das cadeias de carbono durante a glicólise e o Ciclo de Krebs são transportados por várias moléculas intermediárias até o oxigênio, formando água e grande quantidade de ATP. • Na realidade não são transportados átomos de hidrogênio, mas sim seus elétrons, obtidos da quebra do hidrogênio em elétron e H+.

20. Cadeia Respiratória • As moléculas transportadoras de elétrons estão arrumadas na membrana interna da mitocôndria de acordo com o trajeto que os elétrons percorrem. Há um conjunto de proteínas (que recebem os elétrons do NAD.H2), um composto orgânico chamado ubiquinona e várias proteínas chamadas citocromos.

21. Cadeia Respiratória • Durante o trajeto, os elétrons formam, com os transportadores, compostos cuja quantidade de energia é menor que a do transportador anterior. Dessa forma, a energia é liberada e usada na síntese de ATP. • Os transportadores não são gastos no processo. • Nesse processo, o oxigênio é a molécula que se reduz definitivamente, recebendo elétrons e íons H+ da solução, formando água. • A célula necessita sempre receber oxigênio, senão a cadeia respiratória pára.

22. Cadeia Respiratória • A cadeia respiratória é também chamada fosforilação oxidativa porque a síntese de ATP depende da entrada de um fosfato no ADP (fosforilação) e a fosforilação é realizada com energia proveniente de oxidações.

23. Balanço geral da cadeia respiratória • No caminho até a água, cada par de hidrogênio recolhido pelo NAD produz três moléculas de ATP; se recolhido pelo FAD, produz duas moléculas. • Dessa cadeia participam, então: • 2NAD.2H provenientes da glicólise • 2FAD.2H vindos da etapa preparatória do ciclo de Krebs • 8NAD.2H vindos do Ciclo de Krebs (quatro em cada ciclo).

24. Balanço geral da cadeia respiratória • Há portanto, 10 moléculas de NAD.2H gerando 30ATP. • Além disso, duas moléculas de FAD.2H, provenientes do Ciclo de Krebs, formando 4ATP. • Se somarmos 2ATP formados na glicólise, mais 2ATP do Ciclo de Krebs, mais 34 da cadeia respiratória, temos 38ATP!! • Este balanço é válido nos procariontes. Nos eucariontes, o hidrogênio perde energia e são produzidos 2ATPs a menos, portanto, 36ATP.

27. Fermentação Onde a glicose é quebrada sem consumo de oxigênio...

28. Fermentação • Feita por organismos anaeróbios (o O2 é tóxico e mortal para eles). • Os anaeróbios não possuem as enzimas responsáveis pelas reações químicas do ciclo de Krebs e da cadeia respiratória. • Outros organismos, como o levedo da cerveja ou a célula muscular possuem esse aparato enzimático, mas na falta de O2 podem realizar a fermentação. São os anaeróbios facultativos.

29. Fermentação • Aqui, a quebra da glicose termina na glicólise. Não havendo O2 ou não sendo possível utilizá-lo, outra molécula terá de receber os átomos de hidrogênio. • Esta molécula pode ser o ácido pirúvico ou outro fragmento da glicose que, recebendo os átomos de hidrogênio, forma um produto final, terminando o processo. • O produto final depende do aparato enzimático da célula e pode ser: álcool etílico, ácido acético, ácido lático ou ácido butírico.

30. Fermentação • Aqui, a glicose não é totalmente oxidada a gás carbônico e água e a fermentação só libera 5% da molécula de glicose, produzindo apenas 2ATPs.

31. Fermentação láctica • Os lactobacilos fermentam a glicose a ácido láctico, que coagula o leite, formando uma coalhada ou iogurte. • Esse ácido é formado quando os hidrogênios retirados da glicose são recebidos pelo ácido pirúvico.

32. Fermentação láctica no músculo • Se a célula muscular estiver em exercício rigoroso, mais fermentação láctica será realizada. • O produto final é o ácido láctico, que causa dor e fadiga muscular. • Este ácido láctico é depois conduzido pela corrente sanguínea até o fígado, onde será transformada em ácido pirúvico e este é transformado em glicose (gliconeogênese)

33. Fermentação alcóolica • Realizado pelo Saccharomyces cerevisae. • Aqui, o ácido pirúvico é descarboxilado antes de receber os hidrogênios do NAD.2H. • Assim, são produzidos gas carbônico e álcool etílico. • Se houver muito oxigênio, no entanto, a bactéria não realizará fermentação e não haverá formação de álcool para a cerveja e o champagne.